风力发电原理 作者 徐大平 风力发电原理
风力发电机的原理运作
风力发电机的原理运作风力发电机是一种利用风能转化为电能的装置。
它利用风的能量转动叶轮，通过传动装置将旋转的动能转化为电能。
下面我们详细介绍风力发电机的原理和运作过程。
一、风力发电机的原理1. 风的动能转换为叶轮的动能：当风经过叶轮时，叶轮所受到的风力会使其开始旋转。
这是因为风有一定的动能，当它与叶轮表面接触时，由于叶轮的形状和设计，风力会使叶轮开始转动。
2. 叶轮的转动驱动发电机：叶轮的转动会通过传动装置传递到发电机，从而驱动发电机产生电能。
传动装置通常由齿轮、轴等组成，可以将叶轮旋转的动能转换为发电机所需要的转动力。
3. 发电机的工作原理：发电机是将机械能转化为电能的关键部件。
它由转子、定子、磁场等构成。
当叶轮转动传递给发电机时，转子内的导线会受到磁场力的作用而产生电动势。
这个电动势经过适当的电路处理后，最终输出为可用的电能。
二、风力发电机的运作过程1. 风力发电机的启动：风力发电机需要一定的风速才能启动。
一般来说，需要的风速在3米/秒至5米/秒之间。
当风速达到或超过设定值时，发电机会自动启动。
2. 风力发电机的控制：发电机可以根据不同的风速自动调整叶轮的转速。
当风速过高时，会启动风速控制器，通过改变叶轮的角度来降低风力对叶轮的影响。
这种控制可以保证风力发电机在不同风速下都能正常工作，同时也可以保护发电机避免风力过大造成的损坏。
3. 风力发电机的发电：当风力发电机启动后，叶轮开始旋转，带动发电机转动。
发电机可以将机械能转化为电能，并通过输出端口输出。
这些电能可以进行储存或传输供给社会使用。
4. 风力发电机的维护和安全：风力发电机需要定期对设备进行维护和保养，以确保其正常工作。
同时，风力发电机也要注意安全问题，避免发电机受到恶劣天气或其他外部因素的影响。
三、风力发电机的优势和应用1. 可再生能源：风力发电是一种利用风能的可再生能源。
风是一种无尽的能源，而且对环境几乎没有污染。
2. 低碳环保：风力发电过程中不产生温室气体和空气污染物。
风力发电原理及工作过程
风力发电原理及工作过程风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源方式，具有环保、可持续等优点。
本文将介绍风力发电的原理以及其工作过程。
一、风力发电原理风力发电的原理基于风能转化为机械能，再由发电机将机械能转化为电能的过程。
具体来说，原理包括以下几个步骤：1. 风能捕捉：风机叶片的设计使其能够捕捉到风的能量。
当风吹过风机时，风机叶片的形状和角度会使风与叶片表面之间产生压力差，从而吸收了风能。
2. 旋转叶片：当风吹过风机时，风机叶片会受到风的作用力而旋转。
风机通常有多个叶片，其数量和设计也会影响风机的效率。
3. 传递机械能：风机的旋转运动会通过一个传动系统，如齿轮箱，将机械能传递给发电机。
齿轮箱起到增加旋转速度的作用，以达到发电机运行所需的旋转速度。
4. 机械能转化为电能：发电机是将机械能转化为电能的关键部件。
当风机传递的机械能通过齿轮箱传递给发电机时，发电机内的导体会受到磁场的作用而产生电流，从而将机械能转化为电能。
5. 输送电能：产生的电能会经过变压器进行升压处理，然后通过输电线路输送到电力网络，供应给用户使用。
二、风力发电工作过程了解了风力发电的原理后，我们来了解一下其工作过程。
风力发电的工作过程主要包括以下几个阶段：1. 风速监测：在选址搭建风力发电场之前，需要进行风资源评估。
通过监测风速和风向分布的数据，确定是否具备建设风力发电站的条件。
2. 风机安装：根据选址评估的结果，选定适当的风机，并搭建风力发电站。
风机的安装需要考虑风速、地理位置等因素，以确保风机能够高效地捕捉到风能。
3. 运行管理：风力发电站的运行需要进行严密的管理与监控。
包括对风机的运行状态进行监测，及时发现故障并进行维修；对发电量进行监测，进行数据分析以优化发电效率等。
4. 电网连接：发电站产生的电能通过变压器升压后，通过输电线路连接到电力网络。
连接到电力网络后，发电站的电能可以供应给周边用户使用，也可以被输送到其他地区。
风力发电的构造原理
风力发电的构造原理把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能就是风力发电。
风力发电的原理是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升来促使发电机发电。
依据目前的风车技术计算出大约每秒三米的微风速度便可以开始发电。
风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料也不会产生辐射。
风力发电机的基础结构有机舱、转子叶片、低速轴、发电机、偏航装置、电子控制器及冷却元件等零部件。
机舱包括齿轮箱和发电机是风力发电机的关键设备，维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。
机舱左端是风力发电机转子，转子叶片捉获风并将风力传送到转子轴心。
现代六百千瓦风力发电机上每个转子叶片的测量长度大约为二十米，而且被设计得很像飞机的机翼。
转子轴心附着在风力发电机的低速轴上，风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。
在现代六百千瓦风力发电机上，转子转速慢至大约为19-30转每分钟，轴中有用于液压系统的导管来激发空气动力闸的运行。
齿轮箱左边是低速轴可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍，高速轴以1500转每分钟运转并驱动发电机，它装备有紧急机械闸以用于空气动力闸失效时或风力发电机被维修之时。
发电机通常被称为感应电机或异步发电机，在现代风力发电机上最大电力输出通常为500至1500千瓦。
偏航装置借助电动机转动机舱以使转子正对着风，偏航装置由电子控制器操作可以通过风向标来感觉风向，通常在风改变其方向时风力发电机一次只会偏转几度。
电子控制器包含一台不断监控风力发电机状态的计算机并控制偏航装置，为防止出现齿轮箱或发电机的过热等故障，该控制器可以自动停止风力发电机的转动并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。
液压系统用于重置风力发电机的空气动力闸，冷却元件包含一个风扇以用于冷却发电机，此外它包含一个油冷却元件来用于冷却齿轮箱内的油，一些风力发电机还具有水冷发电机。
风力发电机塔载有机舱及转子，通常高的塔具有优势是因为离地面越高则风速越大。
风力发电原理
4）最大限度地将风能转换为电能,即在额定风速以下 ,可能使发电机在每1种风速时,输出的电功率达到最大, 额定风速以上时则保持输出电功率为常量；
5）风力发电机输出的电功率保持恒压恒频,有较高的 电能品质质量.
风力发电机组控制目标有很多项,控制方法多种多样, 按控制对象划分大致可分为偏航系统、发电机并网 控制系统、发电机功率控制系统、电容器控制系统 等等,其中两个核心问题是：风能的最大捕获以提高 风能转换效率以及改善电能质量问题.由风力机最大 风能捕获的运行原理可知,若风速越高,则与之相对 应的风力机转速越高.但受风电机组转速极限、功率 极限等限制,风力机转速不可能太高.
分类： 1）根据它收集风能的结构形式及在空间的布置,可
分为水平轴式或垂直轴式. 2）从塔架位置上,分为上风式和下风式；
3）还可以按桨叶数量,分为单叶片、双叶片、 三叶片、四叶片和多叶片式.
4）从桨叶和形式上分,有螺旋桨式、H型、S 型等；
5）按桨叶的工作原理分,则有升力型和阻力型 的区别.
6）以风力机的容量分,则有微型(1kW以下)、 小型(1—10kW)、中型(10—100kW)和大型 (100kw以上)机.
其中, Cp为风能利用系数（Power Coefficient）,表示风
机捕获风能的能力, Cp = Pcapture / Pwind
偏导航系统的作用
偏航系统的主要作用有两个： 1) 与风力发电机组的控制系统相互配合,使风发电 机组的风轮始终处于迎风状态,充分利用风能,提高 风力发电机组的发电效率； 2) 提供必要的锁紧力矩,以保障风力发电机组的安 全运行.
（四）发电机
发电机的作用,是利用电磁感应现象把由风轮输出 的机械能转变为电能.
2、双馈式异步风力发电机组
风力发电实验原理
风力发电实验原理
风力发电实验原理是利用自然界的风能将其转化为电能。
具体原理如下：
1. 风能的捕捉：利用风能发电机的主轴上安装叶轮，当风经过叶轮时，会引起叶轮的旋转。
风能越强，叶轮旋转速度越快。
2. 动能转化为机械能：通过伺服马达或齿轮装置，将叶轮旋转的动能转化为一定速度的旋转运动。
3. 旋转运动转化为电能：在风能发电机的本体上安装电机和发电机。
随着旋转速度的增加，风能发电机上的电机产生的电能也随之增加。
4. 电能储存与利用：将风能发电机产生的电能储存到蓄电池中或将电能直接输出给使用设备，如家庭电器或灯光。
通过以上原理，我们可以利用风能发电实现可持续能源的利用。
风力发电实验可以帮助我们理解风能转化为电能的过程，并进一步研究如何优化风力发电系统的效率和稳定性。
风力发电原理及工作过程
风力发电原理及工作过程
风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源，其原理是利用风机叶片转
动带动发电机发电。
风力发电是目前广泛应用的清洁能源之一，具有环保、可再生、无污染等优点。
下面将详细介绍风力发电的原理及工作过程。
首先，风力发电的原理是利用风能转换为机械能，再由发电机将机械能转换为
电能。
当风吹过风机叶片时，叶片受到风力的作用而转动，转动的叶片带动风机轴转动，风机轴连接着发电机，发电机随之转动并产生电能。
这就是风力发电的基本原理。
其次，风力发电的工作过程可以分为三个主要步骤，风能转换、机械能转换和
电能转换。
首先是风能转换，当风吹过风机叶片时，风能被转换为叶片的动能，使叶片转动。
其次是机械能转换，转动的叶片带动风机轴转动，风机轴连接着发电机，发电机随之转动并产生机械能。
最后是电能转换，发电机产生的机械能被转换为电能，通过输电线路输送到各个用电场所。
风力发电的工作过程是一个高效的能源转换过程，能够将风能有效地转换为电能。
风力发电具有成本低、无污染、可再生等优点，因此受到了广泛的关注和应用。
随着科技的不断进步，风力发电技术也在不断完善，风力发电设备的效率和稳定性得到了大幅提高，使得风力发电成为了可靠的清洁能源之一。
总的来说，风力发电的原理是利用风能转换为电能，其工作过程包括风能转换、机械能转换和电能转换三个主要步骤。
风力发电作为一种清洁能源，具有巨大的发展潜力，将会在未来的能源结构中发挥越来越重要的作用。
希望通过本文的介绍，能够让大家对风力发电有一个更加深入的了解。
风电发电原理
风电发电原理风能是一种清洁、可再生的能源，而风电发电则是利用风能转化为电能的过程。
风电发电原理主要是通过风力发电机将风能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
下面将详细介绍风电发电的原理和过程。
首先，风能转化为机械能的过程是通过风力发电机实现的。
风力发电机通常由叶片、轴承、机舱、塔架等部分组成。
当风力发电机叶片受到风的作用时，叶片就会转动，这样就可以将风能转化为机械能。
叶片的数量和形状、叶片的长度和宽度等因素都会影响风力发电机的转化效率。
其次，机械能转化为电能的过程是通过发电机实现的。
风力发电机转动后，通过轴承和传动装置将机械能传递给发电机。
发电机内部的线圈在磁场的作用下会产生感应电动势，从而将机械能转化为电能。
这样就实现了风能到电能的转化过程。
风电发电的原理就是通过风力发电机和发电机的相互作用，将风能转化为电能。
在实际的风电发电过程中，还需要配套的设备和系统来保证风能的捕捉、传输和利用。
比如风力发电机需要配备控制系统来调节叶片的角度，使其能够根据风速的变化而调整叶片的转动角度，从而提高发电效率。
此外，风电发电的原理也受到一些外部因素的影响，比如风速、风向、气温等。
风速的变化会直接影响风力发电机叶片的转动速度，从而影响发电效率。
而风向的变化也会影响风力发电机的叶片转动的方向，需要通过风向系统来调整叶片的朝向。
气温的变化也会对风力发电机的性能产生影响，需要通过冷却系统来保证风力发电机的正常运行。
总的来说，风电发电的原理是利用风能转化为电能的过程，通过风力发电机和发电机的相互作用，将风能转化为电能。
在实际的风电发电过程中，需要考虑各种因素的影响，并配备相应的设备和系统来保证风能的捕捉、传输和利用。
风电发电作为一种清洁、可再生的能源，将在未来发电领域发挥越来越重要的作用。
风力发电的科学原理是什么
风力发电的科学原理是什么风力发电的原理产生风能的源泉是太阳。
地球各处的空气因受太阳光照射，因为热情况不同而发生流动，便形成了风。
风看似来无影去无踪，其中却蕴藏着自然界取之不尽的一种能源。
专家估计，地球上可以被利用的风力资源如果全用来发电的话，比地球上利用的水电要大10倍。
风能分布广，可说是一种清洁能源。
不过，风能的利用也有一点制约，比如它的能量密度比较低，又很不稳定，要充分利用它需要比较复杂的技术。
从原理上说很容易理解，就是把电风扇原理“逆反”过来。
电风扇通电后，电机开始转动，带动扇叶转动产生“人造风”;风力发电正相反，是利用风吹动叶片驱动发电机来发电。
也就是说，电风扇是使电能转化成风能，而风力发电机则是使风能转变成电能。
风力发电的关键设备是风力发电机。
通常，风力发电机由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成。
风轮的作用是捕捉风，将风能变为机械能。
它由气动性能优异的叶片装在轮毂上组成，叶片有单叶、双叶、三叶和多叶等形式，用得较多的为三叶式。
风力发电的原因我们把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。
风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。
这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。
风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。
当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。
桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。
由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定;所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的'齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。
为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。
铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。
它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。
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1.2 中国风能资源与开发
• 1.2.1 风能特点
– 风能蕴藏量大、分布广。 – 风能是可再生能源。 – 风能利用基本没有对环境的直接污染和影响。 – 风能的能量密度低。 – 不同地区风能差异大。 – 风能具有不稳定性。
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1.2.2 我国风能资源
我国风能密度分布图
11
1.2.2 我国风能资源（续）
15
1.2.3 风电发展概况（续）
我国规划的大型（千万千瓦、百万千瓦级）风电基地分布图
16
1.3 风力发电技术与发展
• 1.3.1 机组类型
– 微型、小型、中型及大型风电机组 – 离网型风电机组和并网型风电机组 – 水平轴风电机组、垂直轴风电机组
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微型、小型、中型及大型风电机组
• 按照额定功率的大小，可以将风电机组分为： • 1）微型风力发电机组：额定功率小于1KW。 • 2）小型风力发电机组：额定功率1KW～
• 就目前生产技术水平，可大规模开发利用的清洁可再生能源主要有： 风能、太阳能和生物质能。
5
1.1 风能利用及风力发电历史
• 人类利用风能有资料记载的有几千年历史。早期主要是以 风做为动力——风帆、风车。
a) 帆船
b) 风车
人类早期风能利用示例
6
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
• 十九世纪晚期开始出现风力发电。 – 1887——美国人Charles F. Brush研制出世界上第一台12kW直
4
能源
• 能够直接或经转换提供能量的资源称为能源。 • 按被利用程度分:
– 常规能源：开发利用时间长，技术相对成熟、能大量生产利用。 – 新能源：开发和利用尚在研究和推广使用。
• 按取得方式分：
– 一次能源：自然存在，可直接利用。 – 二次能源：经转换或加工生产的。
• 按短期内能否重复取得分：
– 可再生能源 – 非可再生能源
• 我国风力发电始于20世纪70年代，80年代后研制并网机组7。
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) Brush的风电机组 b) Poul la Cour的风电机组 c) Smith-Putnam的风电机组
早期的风电机组
8
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) 德国人Huetter建造的风电机组W-34 b) 丹麦人Johannes Juul建造风电机组Gedser 现代风电机组的先驱
1114
1117
897
26010 25777 19149 10925 4850
4521
4092
16.3% 16.2% 2009年世界风电装机最多的十个国家（MW）
葡萄牙 673 3535 2.2%
丹麦 334 3497 2.2%
14
据国家电网公司统计2011年并网风电装机容量5258万千瓦。
我国全年风速大于 3m/s的小时数的分布图
12
1.2.2 我国风能资源（续）
中 国 有 效 风 能 分 布 图
区别
平均风速（米/每秒）
分布地区
丰富区 较丰富区 可利用区 贫乏区
＞6.5 5.5～6.5 3.0～5.5
＜3.0
东南沿海、山东半岛和辽东半岛、三北北部区、松花江下游区 东南沿海内陆和渤海沿海、三北南部区、青藏高原区 两广沿海区、大小兴安岭地区、中部地区
0 2001
2002
2003
2004
2005 2006 年度
2007
2008
2009
2010
世界风电装机容量（来源：世界风能协会（WWEA）2009世界风能报告）
国家 当年装机 累计装机
比例
美国 9922 35159 22.1%
中国
德国 西班牙 印度 意大利 法国
英国
13800 1880
2460
1338
教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 在线教务辅导网： QQ:349134187 或者直接输入下面地址：
1
课程简介
• 第一章：绪论 • 第二章：风能及其转换原理 • 第三章：风力发电机组结构 • 第四章：风力发电机 • 第五章：风力发电机组的控制技术 • 第六章：垂直轴风力发电机组 • 第七章：离网风力发电系统
流风力发电机，用来给家里的蓄电池充电。 – 1891——丹麦物理学家Poul La Cour建造了一台30KW左右的具有
现代意义的风力发电机组，发出直流电，用于制氢。 – 1926——德国科学家Albert Betz对风轮空气动力学进行了深入研
究，提出了“贝茨理论”，指出风能的最大利用率为59.3%，为现 代风电机组空气动力学设计奠定了基础。 – 1940——美国工程师Palmer Cosslett Putnam与S.Morgan Smith公司合作，制造出风电发展历史上第一个1250kW超大型的 Smith-Putnam风电机组。 – 1942——德国人Ulrich Huetter提出“叶素动量理论”。
3
能量
• 能量是物质运动的一种度量，也是物质存在的一 种形态，一般指其具有的做功能力。
• 目前，通常认为有以下六种能量形式：
机械能：动能：
EV
1 2
mV
2
重力势能： EP mgh
弹性势能：
热能：Eq
m
T2 CdT
T1
EK
1 K表X 2 面能：
2
ES S
电能：Ee UI
以及化学能、辐射能、核能。
2
第一章 绪论
地球上的能源与环境问题
• 随着生产力和生活水平提高，世界能源消耗迅速 增长——在20世纪，世界人口增长4倍，而能源 消耗增长16倍。
• 常规的化石能源储量有限，面临数量紧缺和价格 提高。
• 化石能源开发和燃烧利用加剧了人类和地球生物 生存环境的恶化。
• 出路是调整能源结构、开发利用清洁可再生能源。
13
云贵川和南岭山地区、雅鲁藏布江和昌都区、塔里木盆地西部区
1.2.3 风电发展概况
装机容量 / MW
世界风电装机容量发展（2001年-2010年）
250000 200000
150000 100000
50000 24322 31181 39295
203500
74122 47693 59024
159213 120903 93930
99KW。 • 3）中型风力发电机组：额定功率100KW～
600KW。 • 4）大型风力发电机组：额定功率大于600KW。
18
离网型风电机组和并网型风电机组